Tungmetaller

Betegnelsen tungmetaller brukes for stoffer med metalliske egenskaper og en tetthet høyere enn 5 g/cm³ (fem ganger tyngre enn vann). Fordi tungmetaller er grunnstoffer er de ikke nedbrytbare i miljøet. Levende organismer har proble-mer med å skille dem ut, noe som gjør at stoffene akkumu-leres i organismen.

Tungmetaller forekommer naturlig i alle økosystemer, men konsentrasjonene varierer med tilgjengeligheten i de lokale bergartene. Disse naturlige nivåene kan økes eller reduseres som følge av menneskelig aktivitet. Tungmetaller transporteres og redistribueres i Arktis via atmosfæriske og biologiske transportmekanismer og transportmekanismer i ferskvann, hav, is og sedimenter (AMAP, 2005).

Tungmetallene kadmium, kvikksølv og bly er regulert gjen-nom tungmetallprotokollen av 1998 (LRTAP Convention;

http://www.unece.org/env/lrtap/hm_h1.html). Protokollen er ratifisert av 31 land og har som mål å få ned utslippene til under 1990-nivå ved å kutte utslippene fra industri, for-brenning og avfall. Videre er landene forpliktet til å fase ut blybensin og redusere bruken av bly i batterier og i elektrisk utstyr.

2.9.1 Kadmium

Kadmiumnivåer i det arktiske miljøet har økt siden før-industriell tid. Selv om nivåer i enkelte arter og marine organismer er høye nok til bekymring, har virkninger ennå ikke blitt påvist hos frittlevende organismer i Arktis (AMAP, 2005).

Kilder

Produksjon av sink og bly er de viktigste kildene til men-neskeskapte kadmiumutslipp til atmosfæren. Kadmium har blitt brukt som fargestoff siden det 18. århundre og i forrige århundre ble kadmium brukt som rustbeskyttelse på jern og stål, som loddetinn og som stabilisator i plast. Kadmium brukes fortsatt i oppladbare nikkel-kadmium-batterier.

Andre viktige kilder er stasjonær forbrenning av kull og olje, avfallshåndtering og sementproduksjon. Små mengder blir også frigjort fra jern- og stålproduksjon.

Den største bidragsyteren til utslipp av kadmium er Asia, et-terfulgt av Nord-Amerika, Sør-Amerika, Europa, Afrika og Australia. Utslippene er synkende i Europa og Nord-Ame-rika. Mindre enn 2 % av luftbåren kadmium sluppet ut til den globale atmosfæren blir deponert i Arktis. Mengden av kadmium transportert med elver som drenerer til Polhavet kan sammenlignes med mengden kadmium transportert av atmosfæren (AMAP, 2005).

2.9.2 Kvikksølv

Kvikksølv har vært mye brukt i tusenvis av år som farge-pigment, i kosmetikk, i medisin, for utvinning av gull og i amalgam som tannfyllingsmateriale. I dag brukes det pri-mært til fremstilling av industrielle kjemikalier og i elektro-niske produkter, for eksempel lysrør.

Kilder

Kvikksølv slippes ut i atmosfæren fra en rekke naturlige kil-der (vulkaner, skogbranner, fordampning fra havet) og men-neskeskapte kilder (forbrenning av kull, avfall) (Nriagu and Pacyna, 1988). Menneskeskapte utslipp av kvikksølv har endret seg dramatisk de siste 70 årene (Pacyna et al., 1995;

Pacyna et al., 2006). Kvikksølvutslipp har blitt redusert i Nord-Amerika og Europa siden 1990-årene, mens utslip-pene i Asia har økt sterkt. Kina er nå det landet i verden

Den kulldrevne kraftstasjonen i Longyearbyen er en kilde til utslipp av bl.a. kadmium, kvikksølv og bly til atmosfæren.

Foto: Jon Aars, Norsk Polarinstitutt

med de største utslippene av kvikksølv (Pacyna et al., 2006).

I atmosfæren opptrer kvikksølv hovedsakelig i gassform som elementært kvikksølv. Under normale forhold holder kvikk-sølvet seg relativt stabilt og kan fraktes langt med luftlagene (Slemr et al., 2003).

Kvikksølv har et usedvanlig komplekst kretsløp i Arktis.

Dette inkluderer avsetning fra luft til is og snø, kopling til vannets kretsløp, inntreden i det organiske karbonkretsløp, frigjøring ved tining av permafrost, biomagnifisering eller bioakkumulering i næringskjeder, samt omforming til me-tylkvikksølv på grunn av endringer i våtmark eller organisk karbonsyklus (Macdonald et al., 2005). Arktis antas å være en global nedfallsplass for kvikksølv på grunn av et sett av ekstraordinære meteorologiske forhold som oppstår når solen kommer tilbake på våren. Elementært kvikksølv i gass-form blir raskt oksidert og avsettes fra atmosfæren. Dette fenomenet, kalt «atmospheric mercury depletion events – AMDE», er et sirkumpolart fenomen. Under AMDEs blir kvikksølv i luft omdannet til oksidert form. Det forsvin-ner raskt fra atmosfæren og resulterer i et stort nedfall av kvikksølv på snø- og isoverflater (Lindberg et al., 2002;

Steffen et al., 2008). Det er imidlertid knyttet usikkerhet til hva som skjer med kvikksølvet etter deponering på snø- og isoverflatene. Nyere forskning har diskutert muligheten for at deponert kvikksølv går tilbake til gassform i løpet av noen dager (AMAP, 2011).

2.9.3 Bly

Bly har vært mye brukt i mer enn 6000 år i rør, bestikk, mynter og som fargestoff i maling. I dag er bly hovedsakelig brukt i bilbatterier og som beskyttelse mot røntgenstråling og radioaktiv stråling. Reduksjon i bruken av blyholdig bensin i hele verden har vært et effektivt tiltak for å få ned blyforurensningen (AMAP, 2005).

Kilder

Biltrafikk har representert den primære kilden til utslipp av bly til luft. Fremstilling av metaller, stasjonær forbrenning av kull og olje og fremstilling av sement følger som sekun-dære kilder. De største bidragene til blyutslipp kommer fra Asia, etterfulgt av Europa, Nord-Amerika, Afrika, Sør-Ame-rika og Australia. Luftbåren bly til Svalbard og Jan Mayen har i hovedsak sitt opphav i Europa og Russland. Det er beregnet at 2–5 % av blyutslippene fra disse områdene avsettes i Arktis. Mengden bly som transporteres til Arktis gjennom elver som drenerer til Polhavet kan sammenlignes med mengden som fraktes inn med atmosfæren (AMAP, 2005).

2.9.4 Tungmetaller i luft

De fleste tungmetaller slippes ut som aerosoler (ørsmå partikler) med svært ulik partikkelstørrelse. Når de går inn i atmosfæren kan tungmetaller bli transportert over flere tusen kilometer, avhengig av partikkelstørrelse, og videre avsatt på land og hav. Konsentrasjonen av tungmetaller i svevestøv har vært målt på Zeppelinstasjonen ved Ny-Åle-sund siden 1994. Konsentrasjonen er høyere om vinteren

enn om sommeren på grunn av stasjonens plassering i et storskala værsystem. Høytrykksystemet som ligger over Sibir skyver polarfronten sørover i løpet av vinteren og våren slik at viktige forurensningsområder faller innenfor arktiske luftmasser på denne tiden av året (Aas et al., 2011).

Fra 1994 til 2010 var den gjennomsnittlige årsmiddelkon-sentrasjonen av kadmium i luft 0,026 ng/m³ (Figur 5).

Nivåene er sammenlignbare med de som er målt i Resolute i canadisk Arktis (Li et al., 2003). Det er ikke observert ve-sentlige endringer i kadmiumkonsentrasjonen på Zeppelin siden 1994 (Figur 5). Dette er i overensstemmelse med Berg et al. (2004), som fant at statlige reguleringer av kadmium ennå ikke har vist noen effekt på kadmiumnivåene målt på Zeppelin, eller at målingene ved stasjonen først startet etter at tiltakene hadde blitt innført. Lignende målinger fra cana-disk Arktis viser en betydelig reduksjon av kadmium i luft fra 1973 til 2000 på grunn av reduksjoner i menneskeskapte utslipp (Li et al., 2003).

Fra 1994 til 2010 var den gjennomsnittlige konsentrasjonen av bly i luft 0,60 ng/m³ med variasjon i årsgjennomsnittet fra 0,3 til 1 ng/m³. Siden 1994 er konsentrasjonen av bly i luft redusert med 30 % (Aas et al., 2011) (Figur 6). Bly-konsentrasjoner ved Alert i Canada har gått ned fra 1980

Figur 5. Årlig konsentrasjon av kadmium på partikler i luft fra Zeppelin-stasjonen ved Ny-Ålesund, Svalbard (1994–2010).

Figur 6. Årlig konsentrasjon av bly i luft fra Zeppelinstasjonen ved Ny-Ålesund, Svalbard (1994–2010).

til midten av 1990-tallet, men fra midten av 1990-tallet har nedgangen flatet ut (Gong and Barrie, 2005). Innføringen av blyfri bensin i Europa og Nord-Amerika er årsak til et betydelig redusert blyutslipp. I Norge ble salget av lavok-tan blybensin forbudt i 1987, mens høyoklavok-tan bensin ble forbudt i 1997. Utslippet av bly fra veitrafikken var størst i 1978 med over 500 tonn per år i Norge (www.klif.no).

Fra 1994 til 2010 var den gjennomsnittlige konsentrasjo-nen av elementært kvikksølv målt ved Zeppelin 1,58 ng/

m³, med variasjon i årsgjennomsnittet fra 1,18 til 1,79 ng/

m³ (Figur 7). Bakgrunnskonsentrasjonen av elementært kvikksølv på den nordlige halvkule er estimert til 1,5 til 1,7 ng/m³ (Slemr et al., 2003). Synkende konsentrasjoner har blitt observert ved noen målestasjoner i Europa og Nord-Amerika, for eksempel i Rörvik i Sverige (Wangberg et al., 2007), Mace Head i Irland (Ebinghaus et al., 2011) og sta-sjoner i nærheten av befolkningssentra i Toronto og Mon-tréal i Canada (Temme et al., 2007). Arktis synes å reagere annerledes på utslippsendringene. Analyse av de to lengste tidsseriene i Arktis viser en svak, men betydelig reduksjon av årsmiddel-verdien ved Alert i Canada, men ingen endring i Ny-Ålesund (Figur 7) (Cole and Steffen, 2010; Berg et al., in prep). Bakgrunnen for disse trendene er usikre, men reduksjon av havis og en endring i hvor kvikksølv slippes ut geografisk, kan forklare noen av disse trendene (Cole et al., 2011).

2.9.5 Tungmetaller på land og i innsjøer

Vegetasjon er grunnlaget for næringskjeder på land. Noen vekster, som moser og lav, mangler rotsystem og absorberer forurensninger og næringsstoffer fra luft. Derfor er disse plantene svært egnet til å overvåke nedfall av forurensninger fra luft (Steinnes, 1995). Prøvetaking og analyse av mose og lav er en etablert metode for å studere avsetning fra luft på store geografiske skalaer. I Norge har overvåkning av nedfall av tungmetaller vært foretatt hvert femte år siden 1975.

Kadmiumkonsentrasjoner i mose falt frem til 2000, men har siden holdt seg konstant. Nivået og geografisk fordeling av kvikksølv i mose var relativt konstant fra 1985 til 2010 (Steinnes et al., 2011). Undersøkelsen har imidlertid også

vist økende konsentrasjoner av kvikksølv langs kysten mot Barentshavet, men årsaken til dette er foreløpig ukjent.

Konsentrasjonen av bly i mose har sunket betraktelig, og i 2005 var konsentrasjonen mindre enn 10 % av det som ble funnet i 1977 (Berg and Steinnes, 1997; Steinnes et al., 2003; Steinnes et al., 2011).

Innsjøsedimenter fra Fastlands-Norge og Svalbard viser at nivået av kvikksølv er forhøyet sammenliknet med før-industriell tid (Boyle et al., 2004; Rose et al., 2004; Sun et al., 2006; Rognerud et al., 2008). Det er observert at innsjøsedimenter fra Fastlands-Norge har en liten økning i kvikksølvkonsentrasjon i nyere tid, mens en slik økning ikke er observert for innsjøer på Svalbard. De høyeste nivåene av kvikksølv i innsjøsedimenter fra Svalbard ble registrert i innsjøer som var påvirket av sjøfugl (Rognerud et al., 2008).

I et område på 60–80 km rundt kraftverkene i Longyear-byen, Pyramiden og Barentsburg er det et lite, men målbart signal fra lokal forurensning i innsjøsedimenter (Boyle et al., 2004). Imidlertid er konsentrasjonen av tungmetaller i innsjøsedimenter lavere i Arktis enn i Fastlands-Norge (Rognerud et al., 2000).

Jordsmonn på Svalbard er påvirket av menneskelig aktivitet.

I jord samlet rundt den gamle russiske gruvebyen Pyrami-den fant man betydelig forhøyede verdier av bly (Gulin-ska et al., 2003). Blyforurensningen kommer fra gammel gruvevirksomhet og nivåene var fem til ti ganger høyere enn europeiske grenseverdier. Langtransport ble ikke funnet å bidra til forurensningen.

2.9.6 Tungmetaller i planter og dyr

Det er anslått at 92 % av kvikksølvkonsentrasjonen i arktisk dyreliv er av menneskeskapt opprinnelse (Dietz et al., 2009). Basert på observasjoner av vevsprøver fra arktiske pattedyr og fugler har nivået av kvikksølv økt mer enn ti ganger siden midten av 1800-tallet (Outridge et al., 2005;

Dietz et al., 2006a; Dietz et al., 2006b; Dietz et al., 2009;

Outridge et al., 2009). Monometylkvikksølv er den mest giftige formen av kvikksølv og er den formen av kvikksølv som akkumuleres i næringskjeden, mens uorganisk

kvikk-Figur 7. Årlig konsentrasjon av elementært kvikksølv i luft fra Zeppelin-stasjonen ved Ny-Ålesund, Svalbard (1994–2010).

Lys reinlav (Cladonia arbuscula) på Kongsøya, Svalbard. Lav mangler rotsystem og absorberer miljøgifter direkte fra luften.

Foto: Øystein Overrein, Norsk Polarinstitutt

sølv og elementært kvikksølv har liten evne til bioakkumu-lering (Mason et al., 1996). Monometylkvikksølv dannes fra uorganisk kvikksølv i vann (Lehnherr et al., 2011). Meng-den monometylkvikksølv i vannet er således en viktig faktor som bestemmer konsentrasjonen av kvikksølv på høyere trofiske nivåer (Louis et al., 2011).

Nivåer av kvikksølv og kadmium i dyr på Svalbard er generelt lavere enn i andre arktiske regioner (Savinov et al., 2003; Riget et al., 2005; Helgason et al., 2008; Jæger et al., 2009; Riget et al., 2011). Selv døende polarmåker som inneholdt ekstremt høye verdier av POPer, hadde lave verdier av kvikksølv (Sagerup et al., 2009). Det er påvist at nivåene av kvikksølv er lavere og nivåene av kadmium er litt høyere i ringsel fra Svalbard enn fra Østersjøen, men det ble ikke funnet noen forskjeller for bly (Fant et al., 2001;

Nyman et al., 2002). Til tross for at kadmium finnes i arktiske dyr er det med dagens kunnskapsnivå lite som tyder på at kadmium akkumuleres i næringskjedene (Dehn et al., 2006; Routti et al., unpubl.). Konsentrasjon av bly i dyr er generelt svært lav (Fant et al., 2001; Nyman et al., 2003).

Tidstrendstudier av kvikksølv i sjøfuglegg (Helgason et al., 2008) og i pels fra isbjørn (Riget et al., 2011) viser ingen stigende trend for Svalbard. Noen studier viser økende kon-sentrasjoner av kvikksølv fra Grønland og canadisk Arktis (Riget et al., 2007).